RU2760512C1 - Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products - Google Patents

Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products Download PDF

Info

Publication number
RU2760512C1
RU2760512C1 RU2021113312A RU2021113312A RU2760512C1 RU 2760512 C1 RU2760512 C1 RU 2760512C1 RU 2021113312 A RU2021113312 A RU 2021113312A RU 2021113312 A RU2021113312 A RU 2021113312A RU 2760512 C1 RU2760512 C1 RU 2760512C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasonic waves
product
velocity
ultrasonic
products
Prior art date
Application number
RU2021113312A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Терехин
Михаил Юрьевич Русин
Анатолий Степанович Хамицаев
Максим Евгеньевич Типикин
Дмитрий Игоревич Чулков
Original Assignee
Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» filed Critical Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина»
Priority to RU2021113312A priority Critical patent/RU2760512C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760512C1 publication Critical patent/RU2760512C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object

Abstract

FIELD: testing.
SUBSTANCE: area of application: for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products. The essence of the invention consists in the fact that pulses of ultrasonic oscillations are emitted by an emitter, the pulses passed in the product are received by a receiver, the velocity of propagation thereof is measured, wherein the velocity (V) of longitudinal ultrasonic waves propagating along the normal to the plane of reinforcement of the fiberglass is measured at a pitch from 5 to 100 mm along the selected scanning direction at a frequency from 1 to 20 MHz using a single piezoelectric transducer or two piezoelectric transducers coaxially arranged at the opposite sides of the wall of the controlled product, followed by mapping the distribution of the velocity of longitudinal ultrasonic waves along the scanning direction – the ultrasonic profile of the product, analysing the ultrasonic profile and calculating the increment of velocity (ΔV) of longitudinal ultrasonic waves along the scanning direction according to a predetermined mathematical expression, followed by determining the value of maximum increment of the velocity of longitudinal ultrasonic waves ΔS MAX and evaluating the quality of the product by comparing the value of maximum increment of the velocity of longitudinal ultrasonic waves ΔV MAX with a predetermined threshold value.
EFFECT: possibility of ultrasonic non-destructive quality control of products made of layered fiberglass in the process of manufacture, experimental studies and operation of the products in order to assess the presence of inhomogeneities in the material and the capability of the products for maintaining the operating capacity thereof in the process of exposure to external factors within operational loads is provided.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества изделий и может быть использовано для оценки качества изделий из слоистых стеклопластиков и идентификации в них неоднородностей, вызванных флуктуациями технологических параметров в процессе производства или локальными изменениями физико-механических характеристик во время эксплуатации и при проведении экспериментальных работ, а также для оценки работоспособности изделий.The invention relates to the field of non-destructive quality control of products and can be used to assess the quality of products made of laminated fiberglass and to identify inhomogeneities in them caused by fluctuations of technological parameters in the production process or local changes in physical and mechanical characteristics during operation and during experimental work, as well as to assess the performance of products.

Предлагаемое техническое решение предназначено для применения в авиационной и авиакосмической отрасли, а также может быть использовано в судостроительной промышленности, строительной индустрии и других отраслях, использующих изделия из слоистых стеклопластиков.The proposed technical solution is intended for use in the aviation and aerospace industries, and can also be used in the shipbuilding industry, the construction industry and other industries that use fiberglass laminated products.

Известен способ теплового неразрушающего контроля стабильности качества изделий из полимерных композиционных материалов в процессе их серийного производства (патент РФ № 2644031 С1, МПК G01N 25/72,опубл. 07.02.20218 Бюл. №4), включающий регистрацию температурного поля изделий, выявление аномалий температурного поля, обусловленных концентраторами внутренних напряжений конструкции. После регистрации температурного поля поверхности i-го контролируемого изделия определяют среднее значение температуры на поверхности контролируемого изделия, калибруют среднее значение i-го изделия по среднему значению температуры 1-го изделия для обеспечения средних значений температурных полей всех изделий с целью достоверного сравнения температурных полей различных изделий. Калибруют температурное поле поверхности i-го изделия по температурному полю 1-го изделия. Измеряют отклонение температуры в координатах m, n от среднего значения температуры поверхности контролируемого изделия. Определяют среднеквадратичное отклонение температуры по контролируемой поверхности. Сравнивают по абсолютной величине среднеквадратичное отклонение отклонений температурного поля 1-го и i-го изделий. Сравнивают разницу среднеквадратичных отклонений с заданным критерием стабильности и определяют стабильность Ki структуры и технологии i-го изделия. В случае если Ki=0, осуществляют регистрацию областей нестабильности структуры поверхности контролируемого объекта путем измерения разности температурных полей i-го и 1-го изделий и определения координат mд, nд участка поверхности с нарушенной структурой следующим образом. Повторяют операции для всей партии контролируемых изделий и фиксируют изделие, начиная с которого структура изделия, а значит, и технология его изготовления изменилась на недопустимую величину.A known method of thermal non-destructive control of the stability of the quality of products made of polymer composite materials in the process of their serial production (RF patent No. 2644031 C1, IPC G01N 25/72, publ. 07.02.20218 Bul. No. 4), including registration of the temperature field of products, identification of temperature anomalies fields caused by the concentrators of internal stresses of the structure. After registering the temperature field of the surface of the i-th test item, the average temperature on the surface of the test item is determined; ... Calibrate the temperature field of the surface of the i-th product according to the temperature field of the 1st product. The deviation of the temperature in the coordinates m, n from the average value of the surface temperature of the product under test is measured. Determine the standard deviation of the temperature over the controlled surface. The absolute value of the standard deviation of the deviations of the temperature field of the 1st and i-th products is compared. The difference in standard deviations is compared with a given stability criterion and the stability Ki of the structure and technology of the i-th product is determined. If Ki = 0, the regions of instability of the surface structure of the controlled object are registered by measuring the difference in the temperature fields of the i-th and 1-th products and determining the coordinates m d , n d of the surface area with a disturbed structure as follows. The operations are repeated for the entire batch of controlled products and the product is recorded, starting from which the structure of the product, and therefore the technology of its manufacture, has changed by an unacceptable amount.

Недостатками данного способа являются необходимость теплового воздействия на контролируемое изделие, невозможность применения для контроля единичных изделий, высокая стоимость и сложность оборудования, высокая трудоемкость контроля. The disadvantages of this method are the need for thermal effects on the controlled product, the impossibility of using for the control of single products, the high cost and complexity of the equipment, the high labor intensity of the control.

Известен способ неразрушающего контроля качества изделий (патент РФ № 2666158, МПК G01N 29/04, опубл. 20.10.2016 Бюл. №29), заключающийся в том, что сканируют поверхность контролируемого объекта датчиками физических полей, измеряют величины сигналов с каждой точки поверхности контролируемого объекта, разбивают диапазон величин сигналов по их значениям на I интервалов, регистрируют измеренные сигналы по принадлежности к соответствующим интервалам, определяют количество измеренных сигналов в каждом интервале, рассчитывают разность количества измеренных сигналов в последующем и предыдущем интервалах по всему диапазону значений величин измеренных сигналов, в качестве порогового значения величины сигнала излучения физического поля выбирают значение из интервала, для которого разность количества измеренных сигналов в данном и предыдущем интервалах меньше нуля, а разность количества измеренных сигналов в данном и последующем интервалах больше нуля. Принимают, что сигнал на дефектном участке меньше по величине сигнала на качественном участке, вероятность ложного обнаружения дефектов и вероятность пропуска дефектов, исходя из задач контроля. Измеряют величину сигнала в центре интервала, на который попадает наибольшее количество сигналов дефектного участка. Измеряют величину сигнала в центре интервала, на который попадает наибольшее количество сигналов качественного участка. Измеряют номер интервала m, соответствующего величине 0,67

Figure 00000001
, и номер интервала n, соответствующего 0,67
Figure 00000002
. Дополнительно измеряют величину сигнала в центре интервала m и в центре интервала n. Определяют среднеквадратичное значение распределения сигналов на дефектных участках. Определяют среднеквадратичное значение распределения сигналов на качественных участках. Задают соотношение между величинами вероятностей ложного обнаружения и пропуска дефектов:
Figure 00000003
и
Figure 00000004
.There is a known method of non-destructive quality control of products (RF patent No. 2666158, IPC G01N 29/04, publ. 20.10.2016 Bull. No. 29), which consists in the fact that the surface of the monitored object is scanned with sensors of physical fields, the signal values are measured from each point of the surface of the monitored object, divide the range of signal values according to their values into I intervals, register the measured signals according to their belonging to the corresponding intervals, determine the number of measured signals in each interval, calculate the difference in the number of measured signals in the next and previous intervals over the entire range of values of the measured signals, as the threshold value of the magnitude of the radiation signal of the physical field is selected from the interval for which the difference in the number of measured signals in this and the previous intervals is less than zero, and the difference in the number of measured signals in this and subsequent intervals is greater than zero. It is assumed that the signal in the defective area is less in magnitude than the signal in the quality area, the probability of false detection of defects and the probability of missing defects, based on the control tasks. The value of the signal is measured in the center of the interval, which contains the largest number of signals from the defective area. The signal value is measured in the center of the interval, which contains the largest number of signals of the quality section. Measure the number of the interval m corresponding to 0.67
Figure 00000001
, and the number of the interval n corresponding to 0.67
Figure 00000002
... Additionally, the signal value is measured in the center of the interval m and in the center of the interval n. Determine the root-mean-square value of the distribution of signals in defective areas. Determine the root-mean-square value of the distribution of signals in quality areas. The ratio between the values of the probabilities of false detection and omission of defects is specified:
Figure 00000003
and
Figure 00000004
...

Недостатками данного способа являются необходимость наличия настроечного образца с дефектным и бездефектным участками, необходимость численного определения абсолютных величин физических полей, а также высокая трудоемкость и необходимость проведения сложных расчетов. The disadvantages of this method are the need for a tuning sample with defective and defect-free areas, the need for numerical determination of the absolute values of physical fields, as well as high labor intensity and the need for complex calculations.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) к предлагаемому способу является способ определения физико-механических характеристик и состава полимерных композиционных материалов в конструкциях ультразвуковым методом (патент РФ № 2196982 С2, МПК G01N 29/00, опубл. 20.01.2003 Бюл. №2).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) to the proposed method is a method for determining the physical and mechanical characteristics and composition of polymer composite materials in structures by the ultrasonic method (RF patent No. 2196982 C2, IPC G01N 29/00, publ. 01.20.2003 Bull. No. 2).

Суть метода заключается в том, что излучают импульсы ультразвуковых колебаний излучателем, принимают импульсы, прошедшие в конструкции, приемником, измеряют скорости их распространения в плоскости конструкции и затухания ультразвуковых колебаний. Перед измерением скорости распространения ультразвуковых волн определяют направление преимущественной ориентации наполнителя в полимерном композиционном материале по времени прохождения импульса ультразвуковых колебаний от излучателя к приемнику, вдоль которого измеряют скорость прохождения ультразвуковых волн. Дополнительно посылают импульс ультразвуковых колебаний в направлении нормали к поверхности конструкции в контролируемой зоне, после чего принимают импульс, отраженный от противоположной поверхности конструкции, измеряют амплитуду этого импульса и время его прохождения. Состав и физико-механические характеристики полимерного композиционного материала определяют по определенной корреляционной связи. Скорость импульсов ультразвуковых колебаний вдоль направления преимущественной ориентации наполнителя измеряют в диапазоне частот 0,15-1,25 МГц, а амплитуду и время измеряют в диапазоне частот 1,25-10,0 МГц.The essence of the method lies in the fact that pulses of ultrasonic vibrations are emitted by the emitter, the pulses transmitted in the structure are received by the receiver, and the velocities of their propagation in the plane of the structure and the attenuation of ultrasonic vibrations are measured. Before measuring the speed of propagation of ultrasonic waves, the direction of the preferred orientation of the filler in the polymer composite material is determined by the time of passage of the pulse of ultrasonic vibrations from the emitter to the receiver, along which the speed of propagation of ultrasonic waves is measured. Additionally, a pulse of ultrasonic vibrations is sent in the direction normal to the surface of the structure in the controlled area, after which the pulse reflected from the opposite surface of the structure is received, the amplitude of this pulse and the time of its passage are measured. The composition and physical and mechanical characteristics of the polymer composite material are determined by a certain correlation. The speed of pulses of ultrasonic vibrations along the direction of the preferred orientation of the filler is measured in the frequency range 0.15-1.25 MHz, and the amplitude and time are measured in the frequency range 1.25-10.0 MHz.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

– необходимость определения большего, по сравнению с предлагаемым способом, числа параметров ультразвуковых волн в разных направлениях прозвучивания, что увеличивает длительность проведения контроля и повышает его трудоемкость;- the need to determine more, in comparison with the proposed method, the number of parameters of ultrasonic waves in different directions of sounding, which increases the duration of the control and increases its labor intensity;

– необходимость определения амплитуды или частоты основной составляющей спектра ультразвуковых волн, так как на точность их определения большое влияние оказывает качество акустического контакта, который в свою очередь определяется геометрией и шероховатостью объекта контроля, типом и количеством контактной жидкости, размером пьезоэлектрических преобразователей. Учитывая особенности изделий из композиционных материалов (сложная геометрическая форма, высокая шероховатость, ограничения по типу и количеству контактной жидкости) обеспечить стабильный акустический контакт крайне сложно, что приводит к снижению точности данного способа или делает его использование вовсе невозможным;- the need to determine the amplitude or frequency of the main component of the spectrum of ultrasonic waves, since the accuracy of their determination is greatly influenced by the quality of the acoustic contact, which in turn is determined by the geometry and roughness of the test object, the type and amount of couplant, and the size of the piezoelectric transducers. Taking into account the peculiarities of products made of composite materials (complex geometric shape, high roughness, restrictions on the type and amount of couplant), it is extremely difficult to ensure a stable acoustic contact, which leads to a decrease in the accuracy of this method or makes its use completely impossible;

– взаимное влияние физико-механических характеристик на измеряемые акустические свойства материала, что приводит к снижению точности определения свойств материала изделия по установленным регрессионным зависимостям при естественных флуктуациях технологических параметров материала изделий.- the mutual influence of physical and mechanical characteristics on the measured acoustic properties of the material, which leads to a decrease in the accuracy of determining the properties of the material of the product according to the established regression dependences with natural fluctuations of the technological parameters of the material of the products.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности ультразвукового неразрушающего контроля качества изделий из слоистых стеклопластиков в процессе производства, проведения экспериментальных исследований и эксплуатации изделий с целью оценки наличия неоднородностей материала и способности изделий сохранять свою работоспособность в процессе воздействия внешних факторов в пределах эксплуатационных нагрузок.The technical result of the proposed invention is to ensure the possibility of ultrasonic non-destructive quality control of products made of laminated fiberglass in the production process, experimental research and operation of products in order to assess the presence of material inhomogeneities and the ability of products to maintain their performance under the influence of external factors within operational loads.

Технический результат обеспечивается тем, что предложен способ ультразвукового неразрушающего контроля качества изделий из стеклопластиков, включающий излучение импульсов ультразвуковых колебаний излучателем, прием импульсов, прошедших в изделии, приемником, измерение скорости их распространения, отличающийся тем, что измерение скорости (С) продольных ультразвуковых волн, распространяющихся по нормали к плоскости армирования стеклопластика, проводят с шагом от 5 до 100 мм вдоль выбранного направления сканирования на частоте от 1 до 20 МГц с помощью одного пьезоэлектрического преобразователя или двух пьезоэлектрических преобразователей, соосно расположенных с противоположных сторон стенки контролируемого изделия, после чего осуществляют построение распределения скорости продольных ультразвуковых волн вдоль направления сканирования – ультразвуковой профиль изделия, проводят анализ ультразвукового профиля и вычисляют приращение скорости (ΔC) продольных ультразвуковых волн вдоль направления сканирования по формуле:The technical result is provided by the fact that the proposed method of ultrasonic non-destructive quality control of products made of fiberglass, including the radiation of pulses ultrasonic vibrations by the emitter, reception of pulses transmitted in the product by the receiver, measurement of the speed of their propagation, characterized in that speed measurement(WITH) longitudinal ultrasonic waves propagating normal to the plane of fiberglass reinforcement are carried out with a step of 5 to 100 mm along the selected scanning direction at a frequency of 1 to 20 MHz using one piezoelectric transducer or two piezoelectric transducers coaxially located on opposite sides of the wall of the tested product, after which the distribution of the velocity of longitudinal ultrasonic waves along the scanning direction is carried out - the ultrasonic profile of the product, the analysis of the ultrasonic profile is carried out and the velocity increment is calculated (ΔC) longitudinal ultrasonic waves along the scanning direction according to the formula:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где С i и С i +1 – скорость ультразвуковых волн в i и i+1 точке вдоль направления сканирования, после чего определяют величину максимального приращения скорости продольных ультразвуковых волн ΔC МАКС и проводят оценку качества изделия путем сравнения величины максимального приращения скорости продольных ультразвуковых волн ΔC МАКС с заданным пороговым значением.where C i and C i +1 is the speed of ultrasonic waves at the i and i + 1 point along the scanning direction, after which the value of the maximum increase in the speed of longitudinal ultrasonic waves ΔC MAX is determined and the quality of the product is assessed by comparing the value of the maximum increase in the speed of longitudinal ultrasonic waves ΔC MAX with a given threshold value.

Физико-механические характеристики стеклопластиков в основном определяются физическими характеристиками компонентов, их соотношением (стеклосодержанием или содержанием связующего), пористостью, степенью полимеризации связующего. Этими же факторами определяется и основная акустическая характеристика стеклопластиков – скорость распространения ультразвуковых волн. Из этого следует, что по изменению скорости ультразвуковых волн можно проводить оценку однородности (стабильности) физико-механических характеристик стеклопластиков с последующей оценкой качества изделия. The physical and mechanical characteristics of fiberglass are mainly determined by the physical characteristics of the components, their ratio (glass content or binder content), porosity, and the degree of polymerisation of the binder. The same factors determine the main acoustic characteristic of fiberglass - the speed of propagation of ultrasonic waves. It follows from this that the change in the speed of ultrasonic waves can be used to assess the homogeneity (stability) of the physical and mechanical characteristics of fiberglass with a subsequent assessment of the quality of the product.

В качестве информативного параметра при проведении исследований целесообразно использовать скорость продольных ультразвуковых волн, распространяющихся в стенке контролируемой конструкции. Выбор скорости ультразвуковых волн в качестве информативного параметра обусловлен следующими факторами:As an informative parameter when conducting research, it is advisable to use the speed of longitudinal ultrasonic waves propagating in the wall of the controlled structure. The choice of the speed of ultrasonic waves as an informative parameter is due to the following factors:

– высокой чувствительностью скорости ультразвуковых волн к изменению структурных характеристик стеклопластика (плотность, пористость, содержание связующего);- high sensitivity of the speed of ultrasonic waves to changes in the structural characteristics of fiberglass (density, porosity, binder content);

– точность определения скорости ультразвуковых волн, в отличие от амплитудных или частотных акустических параметров материала, практически не зависит от качества акустического контакта, который, в свою очередь определяется качеством поверхности объекта контроля (шероховатостью, наличием загрязнений и т.д.), формой и геометрическими размерами контролируемой конструкции, типом и количеством контактной жидкости.- the accuracy of determining the speed of ultrasonic waves, in contrast to the amplitude or frequency acoustic parameters of the material, practically does not depend on the quality of the acoustic contact, which, in turn, is determined by the quality of the surface of the test object (roughness, the presence of contaminants, etc.), the shape and geometric dimensions of the controlled structure, type and amount of couplant.

Шаг сканирования выбирается для каждого конкретного контролируемого изделия исходя из его размеров и требований по минимально выявляемым неоднородностям материала. При уменьшении шага сканирования размер минимально выявляемой неоднородности материала уменьшается. Однако, это также приводит к увеличению трудоемкости и длительности контроля.The scanning step is selected for each specific test item based on its size and requirements for the minimum detectable material inhomogeneities. With a decrease in the scanning step, the size of the minimum detectable inhomogeneity of the material decreases. However, this also leads to an increase in labor intensity and duration of control.

Увеличение частоты ультразвуковых волн приводит к уменьшению длины волны, что повышает чувствительность контроля за счет большего влияния структурных неоднородностей материала на скорость ультразвуковых волн, но, в тоже время, увеличивает их затухание. Поэтому частота контроля выбирается исходя из толщины контролируемого изделия, затухания ультразвуковых волн в стеклопластике и необходимой чувствительности контроля.An increase in the frequency of ultrasonic waves leads to a decrease in the wavelength, which increases the sensitivity of control due to the greater influence of structural inhomogeneities of the material on the speed of ultrasonic waves, but, at the same time, increases their attenuation. Therefore, the frequency of testing is selected based on the thickness of the tested product, attenuation of ultrasonic waves in fiberglass and the required sensitivity of testing.

В том случае, когда двусторонний доступ к изделию не может быть обеспечен, измерение скорости ультразвуковых волн может быть выполнено с помощью одного совмещенного или раздельно-совмещенного пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) на частоте, обеспечивающей достоверную идентификацию донного эхоимпульса на фоне структурных шумов. In the case when two-way access to the product cannot be provided, the measurement of the speed of ultrasonic waves can be performed using one aligned or separately-aligned piezoelectric transducer (PEP) at a frequency that provides reliable identification of the bottom echo pulse against the background of structural noise.

В случае обеспечения двустороннего доступа к изделию с целью повышения чувствительности контроля измерение скорости ультразвуковых волн может быть осуществлено с помощью двух ПЭП, соосно расположенных с противоположных сторон изделия, на более высокой частоте контроля.In the case of providing two-way access to the product in order to increase the sensitivity of testing, the measurement of the speed of ultrasonic waves can be carried out using two probes, coaxially located on opposite sides of the product, at a higher testing frequency.

Примеры выполнения предлагаемого технического решения.Examples of the implementation of the proposed technical solution.

Пример 1. Ультразвуковой неразрушающий контроль качества изделия из стеклопластика ФНкв+МФСС-8 при двустороннем доступе (фиг.1).Example 1. Ultrasonic non-destructive quality control of a fiberglass product FNkv + MFSS-8 with bilateral access (figure 1).

В изделии из стеклопластика ФНкв+МФСС-8 с помощью пары пьезоэлектрических преобразователей М208, соосно расположенных с разных сторон стенки контролируемого изделия, цифрового осциллографа Rigol DS1054Z и ультразвукового дефектоскопа OmniScan MX на частоте 20 МГц с шагом 5 мм вдоль выбранного направления сканирования были определены скорости ультразвуковых волн, распространяющихся по нормали к плоскости армирования стеклопластика. После этого было построено распределение скорости ультразвуковых волн вдоль направления сканирования (ультразвуковой профиль изделия) и вычислено приращение скорости продольных ультразвуковых волн ΔC в соответствии с описанным способом (фиг. 1, позиция 1). Максимальное приращение скорости ультразвуковых волн в контролируемом изделии составляет 284 м/с, что превышает установленное экспериментальным путем по результату натурных тепло-прочностных испытаний максимально допустимое значение приращения скорости ультразвуковых волн, равное для данного типа изделия 210 м/с. Для примера на фиг.1, позиция 2, приведены приращения скорости ультразвуковых волн для качественного изделия. Результаты неразрушающего контроля качества изделий подтверждены тепло-прочностными испытаниями: изделие с максимальным значением приращения скорости ультразвуковых волн равным 284 м/с разрушилось при проведении испытаний, а изделие с максимальным приращением скорости ультразвуковых волн равным 38 м/с (меньше установленного критерия) испытания выдержало.In a fiberglass product FNkv + MFSS-8, using a pair of piezoelectric transducers M208, coaxially located on different sides of the wall of the tested product, a Rigol DS1054Z digital oscilloscope and an OmniScan MX ultrasonic flaw detector at a frequency of 20 MHz with a step of 5 mm along the selected scanning direction, the ultrasonic velocities were determined. waves propagating normal to the plane of fiberglass reinforcement. After that, the distribution of the velocity of ultrasonic waves along the scanning direction (ultrasonic profile of the product) was built and the increment in the velocity of longitudinal ultrasonic waves ΔC was calculated in accordance with the described method (Fig. 1, position 1). The maximum increment in the velocity of ultrasonic waves in the controlled product is 284 m / s, which exceeds the maximum permissible value of the increment in the velocity of ultrasonic waves, which is 210 m / s for this type of product, established experimentally based on the result of full-scale heat-strength tests. For example, figure 1, position 2, shows the increments of the speed of ultrasonic waves for a quality product. The results of non-destructive quality control of products were confirmed by heat-strength tests: a product with a maximum increment in the speed of ultrasonic waves equal to 284 m / s collapsed during testing, and a product with a maximum increment in the velocity of ultrasonic waves equal to 38 m / s (less than the established criterion) passed the test.

Пример 2. Ультразвуковой неразрушающий контроль качества изделия из стеклопластика ФНкв+МФСС-8 при двустороннем доступе (фиг.2).Example 2. Ultrasonic non-destructive quality control of a fiberglass product FNkv + MFSS-8 with bilateral access (figure 2).

В изделии из стеклопластика ФНкв+МФСС-8 с помощью пары пьезоэлектрических преобразователей V544, соосно расположенных с разных сторон стенки контролируемого изделия, цифрового осциллографа Rigol DS1054Z и ультразвукового дефектоскопа OmniScan MX на частоте 10 МГц с шагом 20 мм вдоль выбранного направления сканирования были определены скорости ультразвуковых волн, распространяющихся по нормали к плоскости армирования стеклопластика. После этого был построен ультразвуковой профиль изделия и вычислено приращение скорости продольных ультразвуковых волн ΔC в соответствии с описанным способом (фиг. 2, позиция 1). Максимальное приращение скорости ультразвуковых волн в контролируемом изделии составляет 462 м/с, что превышает установленное экспериментальным путем по результат натурных тепло-прочностных испытаний максимально допустимое значение приращения скорости ультразвуковых волн, равное для данного типа изделия 210 м/с. Для примера на фиг.2, позиция 2, приведены приращения скорости ультразвуковых волн для качественного изделия. Результаты неразрушающего контроля качества изделий подтверждены тепло-прочностными испытаниями: изделие с максимальным значением приращения скорости ультразвуковых волн равным 462 м/с разрушилось при проведении испытаний, а изделие с максимальным приращением скорости ультразвуковых волн равным 112 м/с (меньше установленного критерия) испытания выдержало.Ultrasonic waves propagating normal to the plane of fiberglass reinforcement. After that, the ultrasonic profile of the product was built and the increment in the velocity of longitudinal ultrasonic waves ΔC was calculated in accordance with the described method (Fig. 2, position 1). The maximum increment in the velocity of ultrasonic waves in the controlled product is 462 m / s, which exceeds the maximum permissible value of the increment in the velocity of ultrasonic waves, which is 210 m / s for this type of product, established experimentally by the result of full-scale heat-strength tests. For example, figure 2, position 2, shows the increments of the speed of ultrasonic waves for a quality product. The results of non-destructive quality control of products were confirmed by heat-strength tests: a product with a maximum increment in the speed of ultrasonic waves equal to 462 m / s was destroyed during testing, and a product with a maximum increment in the speed of ultrasonic waves equal to 112 m / s (less than the established criterion) passed the test.

Пример 3. Ультразвуковой неразрушающий контроль качества изделия из стеклопластика при одностороннем доступе (фиг.3).Example 3. Ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products with unilateral access (figure 3).

В изделии из стеклопластика ФНкв+МФСС-8 с переменным числом армирующих слоев с помощью раздельно-совмещенного пьезоэлектрического преобразователя П112-2,5-12 при одностороннем доступе к поверхности контролируемого изделия, цифрового осциллографа Rigol DS1054Z и ультразвукового дефектоскопа OmniScan MX на частоте 2,5 МГц с шагом 40 мм вдоль выбранного направления сканирования были определены скорости ультразвуковых волн, распространяющихся по нормали к плоскости армирования стеклопластика. После этого был построен ультразвуковой профиль изделия и вычислено приращение скорости продольных ультразвуковых волн ΔC вдоль направления сканирования в соответствии с описанным способом (фиг. 3, позиция 1). Максимальное приращение скорости ультразвуковых волн в контролируемом изделии составляет 296 м/с, что превышает установленное экспериментальным путем по результат натурных тепло-прочностных испытаний максимально допустимое значение приращения скорости ультразвуковых волн, равное для данного типа изделия 210 м/с. Для примера на фиг.3, позиция 2, приведены приращения скорости ультразвуковых волн для качественного изделия. Результаты неразрушающего контроля качества изделий подтверждены тепло-прочностными испытаниями: изделие с максимальным значением приращения скорости ультразвуковых волн равным 296 м/с разрушилось при проведении испытаний, а изделие с максимальным приращением скорости ультразвуковых волн равным 63 м/с (меньше установленного критерия) испытания выдержало.In a product made of FNkv + MFSS-8 fiberglass with a variable number of reinforcing layers using a separately-aligned piezoelectric transducer P112-2.5-12 with one-sided access to the surface of the tested product, a Rigol DS1054Z digital oscilloscope and an OmniScan MX ultrasonic flaw detector at a frequency of 2.5 MHz with a step of 40 mm along the selected scanning direction, the velocities of ultrasonic waves propagating along the normal to the plane of fiberglass reinforcement were determined. After that, the ultrasonic profile of the product was built and the increment in the velocity of longitudinal ultrasonic waves ΔC along the scanning direction was calculated in accordance with the described method (Fig. 3, position 1). The maximum increment in the speed of ultrasonic waves in the controlled product is 296 m / s, which exceeds the maximum permissible value of the increment in the speed of ultrasonic waves, which is 210 m / s for this type of product, established experimentally by the result of full-scale heat-strength tests. For example, figure 3, position 2, shows the increments of the speed of ultrasonic waves for a quality product. The results of non-destructive quality control of products were confirmed by heat-strength tests: a product with a maximum increment in the speed of ultrasonic waves equal to 296 m / s was destroyed during testing, and a product with a maximum increment in the speed of ultrasonic waves equal to 63 m / s (less than the established criterion) passed the test.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности проведения ультразвукового неразрушающего контроля качества изделий из слоистых стеклопластиков в процессе производства, проведения экспериментальных исследований и эксплуатации.The achieved technical result consists in providing the possibility of conducting ultrasonic non-destructive quality control of products made of laminated fiberglass in the production process, conducting experimental research and operation.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:The proposed method has the following advantages:

– для обеспечения контроля достаточно произвести измерение одного параметра – скорости продольных ультразвуковых волн;- to ensure control, it is enough to measure one parameter - the speed of longitudinal ultrasonic waves;

– нет необходимости определения амплитудных и частотных характеристик ультразвуковых волн, что повышает точность контроля, упрощает обеспечение акустического контакта и понижает требования к качеству поверхности объекта контроля;- there is no need to determine the amplitude and frequency characteristics of ultrasonic waves, which increases the control accuracy, simplifies the provision of acoustic contact and lowers the requirements for the surface quality of the test object;

– флуктуации технологических параметров материала изделий во время производства и эксплуатации не оказывают влияния на точность контроля, так как приращение скорости ультразвуковых волн определяется по ультразвуковому профилю изделия и не зависит от их абсолютного значения;- fluctuations of the technological parameters of the material of products during production and operation do not affect the accuracy of control, since the increment in the speed of ultrasonic waves is determined by the ultrasonic profile of the product and does not depend on their absolute value;

– нет необходимости в наличии специализированных настроечных образцов.- there is no need for specialized tuning samples.

Claims (3)

Способ ультразвукового неразрушающего контроля качества изделий из стеклопластиков, включающий излучение импульсов ультразвуковых колебаний излучателем, прием импульсов, прошедших в изделии, приемником, измерение скорости их распространения, отличающийся тем, что измерение скорости (С) продольных ультразвуковых волн, распространяющихся по нормали к плоскости армирования стеклопластика, проводят с шагом от 5 до 100 мм вдоль выбранного направления сканирования на частоте от 1 до 20 МГц с помощью одного пьезоэлектрического преобразователя или двух пьезоэлектрических преобразователей, соосно расположенных с противоположных сторон стенки контролируемого изделия, после чего осуществляют построение распределения скорости продольных ультразвуковых волн вдоль направления сканирования – ультразвуковой профиль изделия, проводят анализ ультразвукового профиля и вычисляют приращение скорости (ΔC) продольных ультразвуковых волн вдоль направления сканирования по формулеA method of ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products, including the emission of pulses of ultrasonic vibrations by the emitter, reception of the pulses that have passed through the product, by the receiver, measuring the speed of their propagation, characterized in that the measurement of the velocity (C) of longitudinal ultrasonic waves propagating along the normal to the plane of reinforcement of fiberglass , carried out with a step of 5 to 100 mm along the selected scanning direction at a frequency of 1 to 20 MHz using one piezoelectric transducer or two piezoelectric transducers coaxially located on opposite sides of the wall of the tested product, after which the distribution of the velocity of longitudinal ultrasonic waves along the direction scanning - the ultrasonic profile of the product, an analysis of the ultrasonic profile is carried out and the increment in the velocity ( ΔC) of longitudinal ultrasonic waves along the scanning direction is calculated using the formula ΔC = С i + 1 – С i , ΔC = C i + 1 - C i , где С i и С i +1 – скорость ультразвуковых волн в i и i+1 точке вдоль направления сканирования, после чего определяют величину максимального приращения скорости продольных ультразвуковых волн ΔC МАКС и проводят оценку качества изделия путем сравнения величины максимального приращения скорости продольных ультразвуковых волн ΔC МАКС с заданным пороговым значением.where C i and C i +1 is the speed of ultrasonic waves at the i and i + 1 point along the scanning direction, after which the value of the maximum increase in the speed of longitudinal ultrasonic waves ΔC MAX is determined and the quality of the product is assessed by comparing the value of the maximum increase in the speed of longitudinal ultrasonic waves ΔC MAX with a given threshold value.
RU2021113312A 2021-05-11 2021-05-11 Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products RU2760512C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113312A RU2760512C1 (en) 2021-05-11 2021-05-11 Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113312A RU2760512C1 (en) 2021-05-11 2021-05-11 Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760512C1 true RU2760512C1 (en) 2021-11-25

Family

ID=78719442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113312A RU2760512C1 (en) 2021-05-11 2021-05-11 Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760512C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114113331A (en) * 2021-12-03 2022-03-01 上海船舶工程质量检测有限公司 System and method for measuring longitudinal wave sound velocity distribution of material
RU2787562C1 (en) * 2022-04-04 2023-01-10 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method for ultrasonic non-destructive quality control of glass-reinforced plastics after impregnation with organosilicon resins

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5929349A (en) * 1997-08-22 1999-07-27 Shell Oil Company Inspection tool for measuring wall thickness of underground storage tanks
RU2196982C2 (en) * 2001-01-09 2003-01-20 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Procedure determining physical and mechanical characteristics and composition of polymer composite materials in structures by ultrasonic method
RU2231753C1 (en) * 2003-02-25 2004-06-27 ЗАО "НИИИН МНПО "Спектр" Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses
RU2422769C1 (en) * 2010-03-30 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") Method of ultrasound echo-pulse thickness measurement
US20160103101A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-14 UT Comp Inc. System and method for analysis of fibre reinforced composites
RU2718645C1 (en) * 2019-09-10 2020-04-10 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5929349A (en) * 1997-08-22 1999-07-27 Shell Oil Company Inspection tool for measuring wall thickness of underground storage tanks
RU2196982C2 (en) * 2001-01-09 2003-01-20 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Procedure determining physical and mechanical characteristics and composition of polymer composite materials in structures by ultrasonic method
RU2231753C1 (en) * 2003-02-25 2004-06-27 ЗАО "НИИИН МНПО "Спектр" Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses
RU2422769C1 (en) * 2010-03-30 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") Method of ultrasound echo-pulse thickness measurement
US20160103101A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-14 UT Comp Inc. System and method for analysis of fibre reinforced composites
RU2718645C1 (en) * 2019-09-10 2020-04-10 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114113331A (en) * 2021-12-03 2022-03-01 上海船舶工程质量检测有限公司 System and method for measuring longitudinal wave sound velocity distribution of material
RU2787562C1 (en) * 2022-04-04 2023-01-10 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method for ultrasonic non-destructive quality control of glass-reinforced plastics after impregnation with organosilicon resins

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fathi et al. Lamb wave propagation method for nondestructive characterization of the elastic properties of wood
US5631423A (en) Method for resonant measurement
RU2760512C1 (en) Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products
Pomarède et al. Application of ultrasonic coda wave interferometry for micro-cracks monitoring in woven fabric composites
Wiciak et al. Sensor and dimensions effects in ultrasonic pulse velocity measurements in mortar specimens
RU2526518C2 (en) Method for automated ultrasonic control of items from polymer composite materials of shape of revolution bodies
Schadow et al. Ultrasonic inspection and data analysis of glass-and carbon-fibre-reinforced plastics
RU2611709C1 (en) Method for ultrasonic inspection of articles made of polymer composite materials
RU2461820C1 (en) Method of determining strength characteristics of polymer composite materials
US10627370B2 (en) Additive manufacture of metal objects; inspection and part validation
Kachanov et al. Structure analysis of products made of polymer materials using instantaneous spectra of ultrasonic signals
RU2760472C1 (en) Method for determining the elastic modulus of fiberglass during ultrasonic non-destructive testing
WO2010019042A1 (en) A method and an apparatus for non-destructively investigating an aging property of a substantially homogeneous plastic object
RU2196982C2 (en) Procedure determining physical and mechanical characteristics and composition of polymer composite materials in structures by ultrasonic method
RU2788337C1 (en) Method for controlling the depth of defects of the “fold” type in products made of fiberglass materials by ultrasonic method
Yan et al. Inspection of anisotropic composites using ultrasonic phased arrays
Dvořák et al. Optimization of the determination of the ultrasonic pulse velocity in concrete using spectral noise analysis
Bazulin et al. Testing samples made of polymer composite materials using ultrasonic antenna arrays
RU2231054C1 (en) Method of determination of degree of polymerization of composite materials
RU2816673C1 (en) Method of detecting latent defects in composite materials by standing waves
Ismagilov et al. Increasing the laser-acoustic method efficiency for testing metal products by using 3D visualization
RU2792600C1 (en) Method for determining residual stresses in products from polymer composite materials
RU2803019C1 (en) Method of ultrasonic damage control of materials under various types of mechanical destruction
Ahmad et al. Quantitative damage imaging in plates based on SH0 mode tomographic approach
JPH01107149A (en) Standard test piece for ultrasonic flaw detector